生物質(zhì)三組分混合熱解特性及液化產(chǎn)物分析.pdf

1、生物質(zhì)真空裂解技術(shù)制取的精制生物油具有較高的能量密度和較好的儲存、運輸性能，可作為化石燃料的替代能源，對于緩解能源危機和環(huán)境壓力具有重要意義。生物質(zhì)的熱解行為可歸結(jié)為其三種主要組分，即纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的混合熱解反應(yīng)。因此，分析生物質(zhì)熱解反應(yīng)過程可通過分析其主要組分的反應(yīng)機理和熱解規(guī)律而實現(xiàn)。本研究旨在考察生物質(zhì)三組分的結(jié)構(gòu)組成，分析三種單組分的熱解失重特性及三組分混合熱解時的相互作用規(guī)律。同時，對三組分及其混合試樣進行了真空熱解

2、液化試驗，分析了各組分對固體、液體和氣體等熱解產(chǎn)物的影響規(guī)律，以及各組分對生物油有機相的影響規(guī)律。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）以纖維素、木質(zhì)素和半纖維素的模型化合物木聚糖為原料，利用傅立葉紅外光譜技術(shù)（FT-IR）對纖維素、木聚糖和木質(zhì)素的組成結(jié)構(gòu)進行了表征。結(jié)果表明，三組分均出現(xiàn)多個明顯C-C伸縮振動峰，分別位于波數(shù)609.91、655.11、583.90、530.65、619.20cm-1等位置，這些 C-C伸縮振動峰的

3、出現(xiàn)說明纖維素、木聚糖和木質(zhì)素中均存在脂肪族類物質(zhì)結(jié)構(gòu)。三組分均出現(xiàn)明顯 C-H伸縮振動峰，位于波數(shù)2850-3000cm-1范圍內(nèi)。三組分均出現(xiàn)明顯O-H伸縮振動峰，位于波數(shù)3200-3500cm-1范圍內(nèi)，這些O-H伸縮振動峰的出現(xiàn)說明纖維素、木聚糖和木質(zhì)素中均存在醇氫鍵締合羥基。
　?。?）將纖維素、木聚糖和木質(zhì)素按不同配比制備七組試驗樣品，考察三種單組分對生物質(zhì)熱解失重特性的作用規(guī)律。采用同步熱分析儀Thermo TGA/

4、DSC1對各樣品進行熱重分析。采用Coats-Redfern法計算了熱解動力學(xué)參數(shù)；并對各試樣的動力學(xué)參數(shù)進行了比較，分析了三組分對動力學(xué)參數(shù)的影響規(guī)律。結(jié)果表明，纖維素?zé)岱€(wěn)定性相對較好，熱解區(qū)間較窄，熱解較為劇烈，熱解終了時固體殘余量較低；木聚糖熱穩(wěn)定性較差，熱解起始溫度較低，熱解區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)倆個明顯失重峰；木質(zhì)素整體熱解較為緩慢，熱解區(qū)間在200~600℃左右，寬于纖維素和木聚糖，熱解終了固體殘留物高達36.65％；活化能和指前因子受

5、纖維素?zé)峤庥绊戄^大，而反應(yīng)級數(shù)受木聚糖和木質(zhì)素?zé)峤庥绊戄^大；纖維素的參與能夠降低熱解終了固體殘余物的生成，木質(zhì)素的參與能夠促使糖類物質(zhì)的分解；木聚糖對纖維素和木質(zhì)素的熱解存在較大作用，對纖維素的熱解起到抑制作用，對木質(zhì)素的低溫?zé)峤馄鸫龠M作用。
　?。?）搭建生物質(zhì)真空熱解試驗系統(tǒng)，對真空熱解之后的液態(tài)、固態(tài)及氣態(tài)產(chǎn)物進行產(chǎn)率分析；利用GC-MS技術(shù)對液化產(chǎn)物生物油進行成分分析，對熱解有機相進行分類匯總；將三組分混合試樣的熱解油有機